Probabilités de transition γ dans le noyau 58Co

Nuclear PhysicsA195 (1972)65--77; (~) North-Holland Publishiny Co., Amsterdum

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P R O B A B I L I T I E S D E T R A N S I T I O N ~' D A N S L E N O Y A U 5aCo C. GEHRINGER, B. HAAS, J. CHEVALLIER et J. BRITZ Centre de Recherches Nucl~aires, Strasbour#, France

Regu le 6juin 1972

Abstract: To study aaCo levels up to excitations of 1184.5 keV, n-7 angular correlations (method II) and lifetimes by the Doppler-shift attenuation method have been performed. Spins of 3 +, 5 +, 4 + and 3 + have been assigned to the 365.6, 373.7, 457.4 and 1040.1 keV levels, respectively. The lifetimes for all the levels, except that at 1075.4 keV have been determined. E I

I

NUCLEAR REACTIONS SSMn(~t,n7) , E : 10 MeV; measured DSA, tr(Er, Oar). SSCo levels deduced Tt., J, .7.

]

!

1. Introduction L ' 6 t u d e des n o y a u x i m p a i r - i m p a i r au voisinage de la couche d o u b l e m e n t m a g i q u e N = Z = 29 est tr~s i m p o r t a n t e p o u r ia connaissance de l'interaction r~siduelle dans cette r6gion. D e n o m b r e u x auteurs ont a p p o r t 6 des renseignements sur l'6nergie et le m o m e n t a n g u l a i r e des niveaux en se basant tant sur les rdsultats des r6actions de transfert 1, z) que sur des mesures de spectroscopie g a m m a 3,~). Les spins et les vies moyennes de l'6tat f o n d a m e n t a l et des trois premiers niveaux excit6s ont 6t6 mesur6s s - 7). D a n s ce travail, nous avons d6termin6 les spins des niveaux fi 365.6, 373.7 et 457.4 keV p a r corr61ation angulaire n-7 et les vies moyennes des niveaux excitds jusqu',h 1184.5 keV p a r la m d t h o d e de l ' a t t 6 n u a t i o n Doppler. Ces exp6riences ont 6t6 r6alisdes fi l'acc616rateur Van de G r a a f f de 5.5 M V de Strasbourg.

2. M6thode exp~rimentale 2.1. VIE MOYENNE DES NIVEAUX h, 365.6, 373.7 ET 457.4 keV L a r6action 55Mn(~t, n) (Q = - 3 . 5 1 MeV) a 6t6 utilis6e p o u r peupler les niveaux excit6s d u 5SCo. Le faisceau d ' i o n s 4He d o u b l e m e n t charg6s avait une intensit6 de 200 n A et une cible 6paisse de rnangan~se 6tait utilis6e. Les neutrons 6taient d6tect6s dans un scintillateur Ne213 (12 cm × 2.5 cm) coupl6 un p h o t o m u l t i p l i c a t e u r X P 1040 plac6 fi 14ff p a r r a p p o r t .h la direction du faisceau incident et fl une distance de 20 cm de la cible. Un circuit conventionnel de discrimination n e u t r o n - g a m m a (sur la forme des impulsions) 6tait employ6: de plus, une s61ection en 6nergie p e r m e t t a i t d'61iminer les coincidences n--? p r o v e n a n t de l ' a l i m e n t a t i o n des niveaux sup6rieurs fl 457 keV. 65

66

C. G E H R I N G E R et al.

Nous disposions d'un compteur Ge (Li) de 15 cm 3, poss6dant une r6solution de 2.4 keV pour la raie de 1.33 MeV du 6°Co. Le d6placement Doppler a 6t6 d6termin6 en plaqant le compteur ~, /~ 0 = 10° et 100 ° par r a p p o r t / l raxe du faisceau / t u n e distance d = 5 cm de la cible, les d6riv6s 61ectroniques possibles 6tant corrig6es /t chaque mesure en accumulant simultan6ment le spectre direct et coincident b. l'aide d'un syst6me d'aiguillage. Pour calculer l'att6nuation Doppler, la vitesse initiale des ions de recul ainsi que le temps de ralentissement des ions de 5SCo dans le milieu 5SMn doivent ~tre connus. La vitesse moyenne/~(0) suivant l'axe du faisceau incident a 6t6 calcul6e, h partir de la cin6matique, en tenant compte de l'ouverture angulaire du compteur de neutrons ~o(E) = I~°(E)a(0)d0 ~a(0)d0 '

o~ t~o(e) = ~ .... ( l - ~ , - ' cos 0°.,. 3,

et de l'6paisseur de la cible

~(0) = ~ fl°(E)a(E)(dE/dx)-'dE. a( E)(dE/dx)- XdE Nous avons, pour cette derni6re correction, mesur6 la section efficace a(E) de la r6action en utilisant une cible mince (100 /~g/cm2) sur tantale. N'ayant pas tenu compte dans ce calcul d'un effet de distribution angulaire des ions de recul, nous avons admis une erreur de 10 %:/it(0 ) = 0.00604-0.0006. Les facteursfe e t f , (correction apport6e au pouvoir d'arr~t 61ectronique et nucl6aire calcul6 dans la th6orie de Lindhard) ont 6t6 d6termin6s h l'aide des valeurs du pouvoir d'arrSt 61ectronique et du parcours donn6s dans la table de Northcliffe et Schilling 9). Nous avons admis une incertitude de 20 % s u r f , . 2.2. VIE M O Y E N N E DES N1VEAUX D'f-:NERGIE SUPI~RIEURE

Le faible rendement de la r6action ne permettait pas de mesurer en coincidence n-y les vies des niveaux sup6rieurs. Nous avons donc choisi pour ces mesures en direct une 6nergie plus faible (.7.9 MeV) afin de limiter la r6gion d'excitation et de diminuer l'ouverture angulaire des cones des ions de recul. Dans ces conditions, le rapport ( E i n c - E s e u i l ) / E s e u i ! 6tant de 0.11, nous avons pris la valeur cos 0 .... = 0.00+0.33 donn6e par Warburton 10). On obtient ainsi/~.(0) = 0.00444-0.0004. 2.3. C O R R E L A T I O N S A N G U L A I R E S

Pour d6terminer les spins des niveaux b. 365.6, 373.7 et 457.4 keV, nous avons mesur6 les corr61ations angulaires n-~, dans la g6om6trie II de Litherland au moyen de la r6action 58Fe(p, n)58Co pour une 6nergie incidente de 3.85 MeV inf6rieure au seuil du niveau ~ 885.4 keV. La cible (1 mg/cm 2 de Fe 61ectrod6pos6 sur 0.10 mm d'or) 6tait bombard6e avec un faisceau de 400 nA d'intensit6. Les d6tecteurs utilis6s 6taient respectivement un compteur de neutrons identique h celui d6crit pr6c6demment, plac6

I ssMn(o~~'I

u

I 2/.00

22600

......

2800

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320.B keY

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f

365.

Fig. I. Spectre des rayonnements gamma h 0 = 0 ° en coincidence avec les groupes de neutrons a|imentant Ics n keV dans |a r~action SSMn(0¢, n)SaCo.

2200

/ 125.9 keV

L

111.5 key

c

~u

o

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60

8G

68

C. G E H R I N G E R

et al.

/t 0 = 0 ~ et d = 20 cm et ,,n d6tecteur (Ge(Li) de 15 cm 3) plac6 & d = 7 cm. U n deuxi~me c o m p t e u r permettait de normaliser les mesures. La s61ection du groupe de TABLEAU

I

R d s u l t a t s des m e s u r e s de vies m o y e n n e s p a r cffet D o p p l e r a t t 6 n o 6 clans Ic 5SCo E n c r g i e des niveaux (keV)

D6placement Doppler (keV)

F(r)

(keV)

365.6

365.6

0.24 ! 0.08 ")

0. I 1 - - 0 . 0 4

373.7

320.8

0 "~'~--0 11 ") .... '

0.16_-k_0.06 . . .

457.4

432.5

0.34 ! 0.1 l ")

0.13-'-_0.04

1.17 + ° ' 9 °

885.4

773.9

1.33 .-0.07

0.40:1:0.05

0 ~0 + ° . ° 8

1040.1

582.9

0.97:2 0.05

0.39 4-0.05

0 20 + 0.08 -0.05

E7

r

(ps)

.

1.43 + 1.22 -0.52 0 Qo +0.73 -0.35

.

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-

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-

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0.44

0 . 0 5

'

1044.2

932.5

0.03 4-0.21

• -0.01 _LO.05

3-- 1.7

1049.7

938.1

1.57 !_0.07

0.39±0.05

o 9n + o - ° 8 .... -0.05

1184.5

727. I

1.25 z 0.06

0.40 ± 0 . 0 5

o ~n + o.o8 v . - v _ 0.05

_

") V a l e u r o b t e n u e d a n s l ' e x p 6 r i e n c e cn c o i n c i d e n c e .

F (i5)~

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06

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i

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0.2

10 -14

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N,\\N

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V(o)= ] . 8 0 x 10

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10 -I]

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10-12

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10 -Iz

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I0 -11 E s

Fig. 2. Variation du facteur d?att6nuation F e n fonction de la vie m o y e n n e r.

n e u t r o n s 6tait faite par discrimination neutron-7. La correction due aux CO'l'ncidences fortuitcs a 6t6 effectu6e en m e s u r a n t s i m u l t a n 6 m e n t les spectres direct et co'fncident d61ivr6s par le d6tecteur mobile.

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'938.2 keV

~ a0 . . . . . . . . . . . . . . .

197 keV IgF [(~(x, )

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~ 94 8 keY

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1322.7 keV 55Mn(etp )

-

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+

~8

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Fig. 3. Spectre des r a y o n n e m e n t s 7 a 0 ~ 90 ° p a r r a p p o r t /I ]a d i r e c l i o n d u f a i s c c a u , d a n s la r(~actio

20 0

.-5B.3 keV

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858 2 keV

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~ p8~3.gk~v

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1265.7 keY 551Mn (o~p) 1236.5 keV I I 12/.15 key J . I I

1 A Yr"~"-~-'~''J .i)2sk.v

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773.9 keV

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11322 keY 11252 keV I ' 11~,"/.6keV 115"/.OkeV

, , v ~ ,

727. I keY

ISOOt h IxlO~: 36S.6 keY

~isoo

3000

lSOO

3000

70

C. GEHRINGER

et al.

3. R6suitats exp~rimentaux 3.1. V I E S

MOYENNES

La fig. 1 montre un spectre ), obtenu en coincidence & 0 = 0 °. L'6nergie des raies a 6t6 calculde en ddterminant le centre de gravit6 des pics, apr~s soustraction d'un fond lin6aire et en utilisant le calibrage obtenu au cours des mesures & l'aide de diff6rentes raies 7 provenant, soit de la r6action, soit de sources radioactives (125.9 keV 55Mn (~, ~.'), 279.2 keV 2eaHg et 661.6 keV laTCs). Le d6placement maximum de l'effet Doppler a 6t6 calcul6 en tenant compte de l'incertitude sur la vitesse moyenne initiale de recul.

2L001

...................

1200i

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600'.

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Conoux

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7~7.1 k~v

1200

I

600

AE=1.25 keV--

24D0

1800

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600 i 1800

1900 Fig. 4a.

2000

2100 Conoux

i I

SSCo TRANSITION GAMMA

t

AE:1.33 keV.

.i

71

[~

1800

600 o

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2200

2300

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2500

Canoux

2600

.ga

7°

1600 10/.9,4 keV

12oo t

A

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1600' 1200 !

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I

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AE:-0.03 keV "~'- " L-AE:1.57 keV

AE:I.8/. keV'~ /

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800

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400 '

2?00

2800

2900

Conaux

3000

Fig. 4b. D6placement Doppler des rayonnements 6mis dans la r6action s 5Mn(~' n)58Co" (a) E~, < 750 keV. (b) Ey > 750 keV. La variation de la fonction F(T), calcul6e/l partir de la th6orie de Blaugrund 11) est montr6e sur la fig. 2. Les deux courbes extremes sont les courbes obtenues en variant f , de 20 ~o. L'erreur sur T a 6t6 obtenue en projetant l'erreur exp6rimentale sur ces deux courbes. Les r6sultats exp6rimentaux sont r6capitul6s dans le tableau 1, chaque valeur correspond/l la valeur moyenne de sept mesures. Un spectre direct, mesur6/l 0 = 90 ° dans l'exp6rience de d6terrnination de l'att6nuation Doppler en direct est montr6 fig. 3. L'6nergie des raies ~ a 6t6 d6termin6e en utilisant le calibrage des spectres /t 90 °, les d6riv6s 61ectroniques 6tant corrig6es ~t l'aide des raies ~, de 197.8 keV de la r6action 19F(~x, 0~') et de 810.6 keV de la radio-

72

C. G E H R I N G E R

et al.

activit6 du SaFe. Deux spectres 7 obtenus respectivement b. 0 '~ et 90 ° sont compar6s fig. 4a et b. Les r6sultats d6duits de six couples de mesures sont donn~s dans le tableau 1. D'autre part, nous avons v6rifi6, en employant les rapports d'embranchement donn6s par Robertson et al. 3), que les vies moyennes obtenues dans l'exp~rience en direct pour les niveaux 5. 365.6, 373.7 et 457.6 keV, sont en accord avec celles obtenues dans l'exp6rience en coincidence 1 2 ) . 6903"

3656keV /,000"

1:1 S keY

o

"~ ~ 209L~';"

5@3 key '9 ~ key 127key ~"Fe (p,~)

'97 keV '9~-{pp.)

~b(p;' )

2~TkeV A~(pzI)

320 B keY

'-32 5 l~eV

3~;56 key

;30

2~0

30C

t,'29

Conoux

50a

Fig. 5. Spectre des rayonnements 7 b, 0 ~ 90 ° en coincidence avec les groupes de neutrons alimentant les niveaux d'6nergie inf6rieure/~ 885 keV darts la r6action 58Fe(p, n)SaCo.

3.2. CORRI~,LATIONS A N G U L A I R E S

Un spectre ), de la r6action SaFe(p, n) obtenu en coincidence est montr6 fig. 5. Les corr61ations angulaires n-7 des rayonnements 7 de 365.6, 320.8 et 432.5 keV sont donn6es fig. 6, chaque point exp6rimental correspondant h la moyenne de quatre mesures. La parit6 positive de ces trois niveaux ayant 6t6 6tablie par les r6actions de trar, sfert [r6f. 2)], nous n'avons consid6r6 que les multipolarit6s M1 et E2 des transitions 7. D'autre part, les valeurs 3 pour le spin du niveau b. 373.7 keV et 5 pour le spin du niveau b. 457.5 keV ont 6t6 6cart6es car les transitions E2 pures de 349.1 et 345.6 keV auraient respectivement un facteur d'acc616ration de 800 et de 1500. L'analyse en Z2 est repr6sent6e sur la fig. 6. Les valeurs 4 pour le spin du niveau h 373.7 keV et 2 pour le spin du niveau 5. 365.6 keV sont 6galement exclues, les forts coefficients de m61ange trouv6s entralnant alors des acc616rations de transitions E2 de rordre de 6000 et 4000 respectivement. Sur le tableau 2 est r6capitul6 le r6suitat de l'analyse.

5aCo TRANSITION G A M M A X2 I J

--~4575

73 --,

i

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100

60(3

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I. --5

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J

I

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I

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Fig. 6. Corr(~lations angulaires obtenu~s pour les niveaux ~. 365.6, 373.7 et 457.5 keV et analyses en ;(~ pour les differents moments angulaires possibles.

74

C. G E H R I N G E R

et al.

3. Discussion Les spins 3,5 et 4 ont 6t6 attribu~s respectivement aux niveaux ~ 365.6, 373.7 et 457.4 keV. D ' a u t r e part, les vies moyennes des niveaux ont 6t6 d6termin6es jusqu'A une 6nergie d'excitation de 1184.5 keV. Celles-ci combin6es avec les rapports d ' e m TABLEAU 2 R~sultats de r a n a l y s e des corr61ations angulaires d a n s le 5SCo Energie des niveaux (keV)

E7 (keV)

365.6 373.7 457.4

365.6 320.8 432.5

3\°.\.

l 3,~'.5+1 (I

A2

A4

--0.29 (4) --0.20 (6) --0.33 (8)

Ji

0.04 (6) 0.00 (8) --0.02 (12)

3 5 4

Jf

0

2 4 5

0.018 (23) --0.050 (25) --0.109 (45)

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0 58

27C°al Fig. 7. Sch6ma des niveaux du 5SCo d o n n 6 par R o b e r t s o n 3).

branchement des transitions g a m m a obtenus par Robertson et al. 3) (fig. 7) donncnt les vies moyennes partielles relatives ,h toutes les transitions mesur6es. Dans les tableaux 3a et b, nous avons 6valu6 les probabilit6s de transition correspondantes en unit6 Weisskopf en nous limitant aux multipolarit6s M I et E2, l'ensemble des niveaux

> 1.7

n 9n +o.o8 . . . . -0.05

a 90 +0.08 . . . . -0.05

1044.2

1049.7

1184.5

3, 4, 5

1131.5 1159.3

2, 3

I, 2

938.1 1049.4 727.1

2, 3

582.9 674.5 1039.9 932.5 1044.2 684.1

(keV)

E~,

519.8 773.9 832.9 860.8

4 5

3 2 4

4 3 2 3 2 3

Jt

3 3 4 5

3 4 5

5 3

4 2 4

3

Jr

1.00 1.82

0.59 0.33 0.29

0.42 0.80 0.74 > 11.33 > 2.00 4.00

"Gxp ( M I ) (ps)

TABLEAU 3b

1.00 0.39 3.33 2.50

8.07 130.00 1.41

15.00 73.12

119.10 1.46 0.96

238.30

(ps)

r=~o ( M I )

(4)

0.022 0.011

(16) (8)

0.065 (46) 0.083 (59) 0.286 (205)

0.385 (275) 0.129 (92) 0.038 (27) < 0.004 < 0.014 0.025 (18)

IMI 2

0.226 0 6 1 ) 0.176 (126) 0.016 (12) 0.018 (13)

0.095 (54) 0.004 (2) 0.279 (158)

0.050 (27) 0.566 (320)

0.009 (5) 0.448 (241) 1.005 (555)

0.008

i M iz

3

1

2

JJ

3

4

3 5

Jl

5

3

4

Jr

5

5

2 4

Jr

1

Les erreurs marqu6cs par une parenth6se sont les limites inf6rieures du facteur 'lMi 2 calcul6 en prenant les bornes moyennes. Los erreurs marqu~cs d'un ast6risque sont celles obtenues en tcnant compte uniquement de r e r r c u r sur le c

0 20 + ° ' ° 8 -0.05

1040.1

"

J~

a. .g. .a -+0°.-0°5a

885.4

(ps)

I 17 +o'9o . . . . - 0.44

457.4

Energie des niveaux (keV)

4

349.1 91.6

o c}(~+o.73 . . . . -0.35

373.7

3,4

5

312.4 365.6 320.8

345.6 404.6 432.5

3

253.5

I 4~ + 1.22 . . . . -0.52

365.6

Jt

(keV)

(ps)

Energies des niveaux (keV)

E./

TABLEAU 3a Vies moyennes partiellcs et comparaison avec les unit6s Weisskopf

76

C. G E H R I N G E R et al.

6tudi6s ayant une parit6 positive 2). Les spins report6s sont ceux d6duits des r6actions de transfert 2) et ont et6 limites par i'ordre quadrupolaire des transitions. Pour la plupart des transitions, les facteurs de ralentissement sont compris entre 2 et 10; pour les transitions ies plus fortement retardees, quelques informations peuvent &re tirt~es.

e,i tar3

(3 + ,L + ,5 + )

'"

0.20

(2+,3+ ) ( 1+ ,2 + )~: "3+/

10 L+

020 ~-17

"0 20

(3+)/+

0 20

~\4+ 5+--_

1.17 0.93

3+j

I./.3

3+ I.+-

0 26 (nsl 15 0 (p s)

\ X

\

3+

O.5

"~"

5+

0

2÷

""~

"~

"- 5+~

....... ...

56

27 C 029 conjugu&

2+

58

27 C 031 exp.

Fig. 8. R~sultats du present travail et comparaison avec les r~sultats de la transformation de Pandya p o u r les premiers niveaux excitgs 2 +, 3 ~, 4 +, 5 + du S6Co supposes gtre de configuration (.'rl f.i.-1, v2pl"+ t ).

De l'6tude des niveaux ~ 53.1 et i 11.5 keV [ref. v)], nous avons conclu que ces deux ~tats respectivement de spin 4 + et 3 +, ne font pas partie du multiplet (~lf~ 1 , v2p~ 1) alors que les etats 2 + et 5 + ont une configuration principale neutron (v2p~. '). Le niveau /l 365.6 keY (3 +) decroissant principalement au niveau fondamental et les transitions M I vers les niveaux b. 53.2 keV et 11 !.5 keV etant fortement retardees (IMI 2 = 0.008), ce niveau a tr6s vraisemblablement une configuration semblable ',k celle de l'~tat fondamental. Ce resultat confirme par ailleurs que l'~tat fondamental d'une part et les etats ~. 53.2 et 111.5 keV d'autre part, sont de nature tr~s differente. Le niveau ~ 373.7 keV (5 +) ne semble pas ~tre un membre du multiplet puisqtt'il decrolt fortement ~ l'6tat 4 + ~ 53.2 keV mais pourrait ~tre assez melange car la transition de 349.1 keV au premier etat 5 + n'est pas fortement retard6e (IMI 2 = 0.05). Le niveau ~. 457.4 keV paralt avoir une forte composante neutron (v2p~. ~) car les transitions aux 6tats du multiplet 5 + (24.9 keV) et 3 + (365.6 keY) sont normales alors que la transition au niveau 53.2 keY est fortement interdite ([M[ 2 = 0.004) et que la transition at, niveau ~ !11.5 keV n'est pas favorisee (IMI 2 = 0.09).

~aCo TRANSITION GAMMA

77

La configuration du niveau .h 885.4 keV semble tr~s complexe; en effet, les transitions aux niveaux h 24.9 et 53.2 keV sont toutes les deux retard6es et celles aux niveaux '~ l l 1.5 et 365.6 keV sont normales. I| semble donc que l'6tat 4 + de ia configuration (rtlf~-~, v2p~-~) est distribu6 p a r m i les deux &ats 4 + ~ 457.4 et 885.4 keV, avec une forte p r 6 d o m i n a n c e p o u r le premier. II est b. r e m a r q u e r que la valeur de spin 3 p o u r 1'6tat b. 885.4 keV est peu p r o b a b l e car la t r a n s i t i o n E2 d'6nergie 860.8 keV c o r r e s p o n d r a i t b. un facteur d'acc616ration d ' a u moins 37 dans ce cas. En outre, la possibilit6 de spin 2 + p o u r l'6tat b. 1040.1 keV est exclue, l'acc616ration de la transition de 582.9 keV serait alors de 2200. Sur la fig. 8, nous avons report6 l'6nergie des niveaux du n o y a u conjugu6 du 56Co calcul6e b. l ' a i d e de la t r a n s f o r m a t i o n de P a n d y a b. p a r t i r des 6nergies des q u a t r e 6tats (nlf~-~, v2p~-1) du 56Co. L ' a c c o r d semble assez bon ce qui p e r m e t de penser que la paire de n e u t r o n s suppl6mentaire a peu d'infiuence t o u t au m o i n s p o u r les nlveaux de basse 6nergie. N o u s remercions M o n s i e u r le Professeur P. Chevallier et le D o c t e u r E. Bozek p o u r l'int6r& qu'ils o n t port6 b. ce travail et p o u r les discussions que nous avons eues avec eux.

R6f6rences 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) I l) 12)

S. Ramon, Nucl. Data Sheets B3 (1970) 145 M. J. Schneider et W. W. Daehnick, Phys. Rev. C5 (1972) 1330 R. G. H. Robertson et R. G. Summers-Gill, Can. J. Phys. 49 (1971) 1186 A. C. Xenoulis et D. G. Saranties, Nucl. Phys. AI70 (1971) 369 K. Strauch, Phys. Rev. 79 (1950) 487 G. H. Fuller et V. W. Cohen, Nucl. Data Tables A5 (1969) 433 B. Haas, C. Gehringer, J. Chevallier, J. C. Merdinger et E. Bozek, Nucl. Phys., sottmis J. W. Olness et E. K. Warburton, Phys. Rev. 151 (1966) 792 L. C. Northcliffe et R. F.Schilling, Nucl. Data Tables A7 (1970) 233 E. K. Warburton, J. W. Olness et A. R. Poletti, Phys. Rev. 160 (1967) 938 A. E. Blaugrund, Nucl. Phys. 88 (1966) 501 C. Gehringer, Th6se, Strasbourg